[发明专利]原位零气反吹式CEMS探头在线校准方法及校准装置

说明书

技术领域

本发明属于一种针对于烟气在线连续监测、校准的方法及装置，特别涉及一种原位零气反吹式CEMS探头在线校准方法及校准装置。

背景技术

固定污染源排放的有害气体主要由二氧化硫SO₂和氮氧化物NOx构成，它们是造成空气污染的主要污染气体，国家对于烟气监测的投入和重视程度正在逐步增加。对于直测式烟气采样探头来说，由于直接接触烟气，受到烟气恶劣环境的影响，需要进行在线校准。目前国内外企业、科研单位对于直测式烟气连续监测的在线校准研究很少，各生产厂家的在线校准实现形式并不完全符合原理，并且操作复杂，显然无法满足使用要求。而国外仪器通过认证的设备十分昂贵，且在中国恶劣的烟气环境下应用困难。行业急需出现新的在线校准技术。国内生产厂家对于在线校准的实现形式不统一，环保部门对于直测式采样探头难以制定标准方法。

在采样原理方面，直测式系统直接接触烟气，在低温、低压，干燥的烟气环境中准确性非常高。然而在高温、高压、高腐蚀性环境中，直测式探头必然会受到烟气环境的影响。而国内直测式烟气连续监测生产厂家并没有很好解决直测探头容易受到烟气环境腐蚀影响的问题，直测式采样原理亟待改进。

国标HJ/T-75标准对于直测式烟气连续监测在线校准规范如下：对于直测式无在线校准的烟气连续监测，应该按照15天的时间间隔进行零点校准和工作点校准[89]。对于校准方法，可以采用符合理论的非在线方式进行；对于直测式有在线校准方法的烟气连续监测，进行每30天校准零点和工作点。这些要求在十二五运行当中会越来越严，这意味着今后的直测式烟气连续监测必然会要求具有在线校准装置。随着对测量精度的要求越来越高，今后同样会要求仪器的校准周期进行缩短。而在国标HJ/T-75标准中，规定了每个固定污染源的总测定小时数不得小于锅炉运行小时数的75％，每小时测定时间不低于45分钟。这就相当于规定了在线校准的操作需要在15分钟以内完成。这要求在线校准的实施必须做到响应快、自动化程度高、操作简便、精度好。

直测式烟气连续监测系统相比抽取式，属于原位测量，没有抽取损失。但正是因为原位测量，光路直接接触烟气，难以通过标气进行在线校准。分析近年来国内外企业的产品，解决直测式烟气连续监测在线校准通常有三种思路：改变光路式、背景扣除式、原位标气反吹式。

改变光路式的校准思路的优点是易于实现，无论单边还是双边系统，单光路还是双光路系统都可以应用。其缺点是校准不完备，这种不完备体现在以下两点：一方面，反光镜进行反射将光束引入测量气池，造成校准光路和测量光路为不同光路系统。在烟道中的反光元件以及烟道中其他探头部分没有受到校准；另一方面，改变的光路无法代表原测量光路。当光路被改变时，要经过一次反射，经过两个透射窗片，一组聚焦透镜。经过的这组光学元件都是原光路所没有的，对于连续波段光谱分析来说，在整个波段上波形就会发生改变。这样的校准光路无法代表原光路，会使光谱响应相差很大，影响校准结果。

背景扣除式在扣除烟气测量值上会出现问题。因为烟道内的污染气体浓度是连续变化的，尤其是流速、温度、压力等烟道内参数。要做到背景值恒定，不取决于算法和系统安装，而是取决于测量点处的真实烟气状况。而原位式烟气测量，不同于抽取、稀释抽取法测量，其样气流量并不恒定。这就意味着在测量瞬时，光路中的气体分子分布不是恒定的，测量值会发生变动。如果烟气状况稳定，可以进行快速校准，但这取决于采样时间和标气稳定时间。要同时做到烟气状况稳定和校准时间尽可能缩短，这样校准数据才真实可靠。但烟气中气体浓度波动范围通常很大，烟气参数的连续变化会对在线校准产生很大影响。这些影响因素都限制了这种思路的在线校准的应用。

原位标气反吹式的在线校准能够通过严苛的美国EPA认证，但是在中国国情下它的应用受到了极大限制。这是因为烧结材料在高浓度的烟尘情况下，响应时间会逐渐变大(美国对该指标要求较宽)，最终测量值几乎不再变化。造成响应变慢的原因是烧结材料被高浓度的烟尘堵死，烟气不再能渗透到封闭腔。这个堵死周期，在有每天反吹的情况下，在国外一般为半年左右，但在烟尘浓度为200mg/m³左右时，就大大缩短。国内大多数的烟尘处理并不达标，除尘后的烟尘浓度极少降到200mg/m³左右，有时更高。可见这种形式的探头在国内应用时，即使反吹频繁，也会造成因为堵塞而不能测量。